自動檢測技術(shù)期末檢測題及答案

1、1-3 用測量范圍為-50+150kPa的壓力傳感器測量140kPa壓力時，傳感器測得示值為142kPa，求該示值的絕對誤差、實際相對誤差、標(biāo)稱相對誤差和引用誤差。解：絕對誤差 kPa實際相對誤差 標(biāo)稱相對誤差 引用誤差 1-4欲測240V左右的電壓，要求測量示值相對誤差的絕對值不大于0.6%，問：若選用量程為250V電壓表，其精度應(yīng)選哪一級。若選用量程為500V的電壓表，其精度應(yīng)選哪一級?解：相對誤差 =×100%0.6%=×100%,解得=1.44V當(dāng)量程為250V時，1 =×100%=×100%=0.576%,精度應(yīng)該選0.5級。當(dāng)量程為500V時

2、，2 =×100%=×100%=0.288%，精度應(yīng)該選0.2級。1-6 什么是隨機(jī)誤差？隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因是什么？如何減小隨機(jī)誤差對測量結(jié)果的影響？答：在同一測量條件下，多次測量同一被測量時，其絕對值和符號以不可預(yù)定方式變化著的誤差稱為隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差是由很多不便掌握或暫時未能掌握的微小因素（測量裝置方面的因素、環(huán)境方面的因素、人員方面的因素），如電磁場的微變，零件的摩擦、間隙，熱起伏，空氣擾動，氣壓及濕度的變化，測量人員感覺器官的生理變化等，對測量值的綜合影響所造成的。對于測量列中的某一個測得值來說，隨機(jī)誤差的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，即誤差的大小和符號是不能預(yù)知的，但當(dāng)測量次

3、數(shù)增大，隨機(jī)誤差又具有統(tǒng)計的規(guī)律性，測量次數(shù)越多，這種規(guī)律性表現(xiàn)得越明顯。所以一般可以通過增加測量次數(shù)估計隨機(jī)誤差可能出現(xiàn)的大小，從而減少隨機(jī)誤差對測量結(jié)果的影響。1-6 什么是系統(tǒng)誤差？系統(tǒng)誤差可分哪幾類？系統(tǒng)誤差有哪些檢驗方法？如何減小和消除系統(tǒng)誤差？答：(1)在同一測量條件下，多次測量同一量值時，絕對值和符號保持不變，或在條件改變時，按一定規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。(2)系統(tǒng)誤差可分為恒值（定值）系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。誤差的絕對值和符號已確定的系統(tǒng)誤差稱為恒值（定值）系統(tǒng)誤差；絕對值和符號變化的系統(tǒng)誤差稱為變值系統(tǒng)誤差.(3)實驗對比法、殘余誤差觀察法、準(zhǔn)則檢查法由于（4）減少和消除

4、的方法. 從產(chǎn)生誤差根源上消除系統(tǒng)誤差；.用修正方法消除系統(tǒng)誤差的影響；. 在測量系統(tǒng)中采用補償措施；.可用實時反饋修正的辦法來消除。1-8 什么是粗大誤差？如何判斷測量數(shù)據(jù)中存在粗大誤差？答：（1）超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差，粗大誤差又稱疏忽誤差。（2）在判別某個測得值是否含有粗大誤差時，要特別慎重，應(yīng)作充分的分析和研究，并根據(jù)判別準(zhǔn)則予以確定。通常用來判斷粗大誤差的準(zhǔn)則有：3準(zhǔn)則，肖維勒準(zhǔn)則，格拉布斯準(zhǔn)則。1-16 用光機(jī)檢查鎂合金鑄件內(nèi)部缺陷時，為了獲得最佳的靈敏度，透視電壓應(yīng)隨透視件的厚度而改變，經(jīng)實驗獲得下列一組數(shù)據(jù)（如下表所示），試求透視電壓隨著厚度變化的經(jīng)驗公式。X/

5、mm12131415161820222426Y/kv520550580610650700750800850910用平均值法求取經(jīng)驗公式的b0和b時，將n對測量數(shù)據(jù)（xi，yi）分別代入式，并將此測量方程分成兩組，即 將兩組方程各自相加，得兩個方程式后，即可解出b0和b。 故所求的經(jīng)驗公式為 2-6 已知某傳感器屬于一階環(huán)節(jié)，現(xiàn)用于測量100Hz的正弦信號。如幅值誤差限制在5%以內(nèi)，則時間常數(shù)應(yīng)取多少？若用該傳感器測量50Hz的正弦信號，問此時的幅值誤差和相位差為多少？答：一階傳感器的幅頻特性： )(11)(2+=wtwA幅值誤差控制在±5%以內(nèi)，此時A（w）0.95當(dāng)f=100Hz，

6、w=2pf=628， )t628(11)(11)(22´+=+=wtwA=0.95 解得00052 s.0=t 當(dāng)f=50Hz時，w=2pf=314，1+（314×0.00052）1)(1122»0.987=+=wtA（w）幅頻誤差:1-0.987=1.3%相位差為： )(-=Fwarctan（wt）=-9.27°2-7 有一個二階系統(tǒng)的力傳感器。已知傳感器的固有頻率為800Hz，阻尼比=0.14，問使用該傳感器測試400Hz的正弦力時，其幅值比和相位角（）各為多少？若該傳感器的阻尼比改為=0.7，問和（）又將如何變化？答：討論傳感器動態(tài)特性時，常用無量

7、綱幅值比A()。當(dāng)用f0=800Hz、=0.14的傳感器來測量f=400Hz的信號時，A()為31.1)800400(14.04)800400(11)(2)(11)(222220220=´´+-=+-=wwxwwwA同理，若該傳感器的阻尼比改為=0.7，為 3-4擬在等截面的懸臂梁上粘貼四個完全相同的電阻應(yīng)變片組成差動全橋電路，試問：（1）四個應(yīng)變片應(yīng)怎樣粘貼在懸臂梁上？（2）畫出相應(yīng)的電橋電路圖。 題圖3-4（a）等截面懸臂梁 （b）應(yīng)變片粘貼方式 （c）測量電路答：如題圖3-4所示等截面懸梁臂，在外力 作用下，懸梁臂產(chǎn)生變形，梁的上表面受到拉應(yīng)變，而梁的下表面受壓應(yīng)變。

8、當(dāng)選用四個完全相同的電阻應(yīng)變片組成差動全橋電路，則應(yīng)變片如題圖3-4所示粘貼。電阻應(yīng)變片所構(gòu)成的差動全橋電路接線如圖3-4所示， 、 所受應(yīng)變方向相同， 、 、所受應(yīng)變方向相同，但與 、 所受應(yīng)變方向相反。3-5 圖示為一直流應(yīng)變電橋。圖中E=4V，=，試求：（1） 為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻。當(dāng)?shù)脑隽繛闀r，電橋輸出電壓 （2） ，都是應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋輸出電壓（3） 題（2）中，如果與感受應(yīng)變的極性相反，且，電橋輸出電壓答：如題3-5圖所示由于R1，R2均為應(yīng)變片，且批號相同，所受應(yīng)變大小和方向均相同，則根據(jù)題意，設(shè) 則 3-9.將一個阻值

9、為120 ?的康銅絲應(yīng)變片粘貼在10#優(yōu)質(zhì)碳素鋼桿表面，軸向受力，該試件的直徑為10 mm，碳素鋼的彈性模量E=200×109Pa，由應(yīng)變片組成一個單臂應(yīng)變電橋，設(shè)應(yīng)變片允許通過的最大電流為30mA，求當(dāng)碳素鋼桿受到100N的力時電橋最大可能的輸出開路電壓。截面積A=r²=3.14×0.005²=7.85×10-5m²軸向應(yīng)變=6.4×10-6電橋電源電壓E0=2RImax=7.2V據(jù)銅絲性質(zhì)，可知K,K取2.1，則U0=K=2.4×10-5 V4-2變隙試電感傳感器的輸入特性與哪些因素有關(guān)？怎樣改善其非線性？怎樣

10、提高其靈敏度？答：變隙試電壓傳感器的輸出特性為： 其輸出特性與初始電壓量 ，氣隙厚度 ，氣隙變化量 有關(guān)。當(dāng)選定鐵芯，銜鐵材料及尺寸，確定線圈的匝數(shù)及電氣特性，則 從傳感器的輸出特性可以看出， 與 成非線性關(guān)系，為改善其非線性，通常采用差動變隙式電感傳感器，如題圖41所示，輸出特性表達(dá)式為 將上式與單線圈變隙式傳感器相比，若忽略非線性項，其靈敏度提高一倍，若保留一項非線性項，則單線圈式 而差動式 由于 <<1，因此，差動式的線性度得到明顯改善。4-5差動變壓器式傳感器的零點殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么？怎樣減小和消除它的影響？答：差動電壓器在零位移時的輸出電壓稱為零點殘余電壓。對零點殘

11、余電壓進(jìn)行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)其頻譜主要由基波和高次諧波組成，基波產(chǎn)生的主要原因是傳感器兩個次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，高次諧波產(chǎn)生的原因主要是磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和，磁滯）所造成的。消除或減小零點殘余電壓的主要方法有：在設(shè)計和工藝上，力求做到磁路對稱，鐵芯材料均勻，要經(jīng)過熱處理以除去機(jī)械應(yīng)力和改善磁性；兩線圍繞制要均勻，力求幾何尺寸與電氣特性保持一致。在電路上進(jìn)行補償，這是一種既簡單又行之有效的方法。5-3 下圖為電容式液位計測量原理圖。請為該測量裝置設(shè)計匹配的測量電路，要求輸出電壓與液位h之間呈線性關(guān)系。解：電容式液位計的電容值為：，其中?？梢奀與液面高度h呈線性關(guān)系?？梢钥闯?/p>

12、，該結(jié)構(gòu)不宜做成差動形式，所以不宜采用二極管雙T形交流電橋，也不宜采用脈沖寬度調(diào)制電路。另外要求輸出電壓與液位h之間呈線性關(guān)系，所以不宜采用調(diào)頻電路和運算放大器式電路?？梢圆捎铆h(huán)形二極管充放電法，具體電路如圖所示?？蓪⒅绷麟娏鞅砀臑橹绷麟妷罕砼c負(fù)載電阻R的并聯(lián)，R上的電壓為，則有：V環(huán)形二極管電容測量電路原理圖R C V 其中，Cx為電容式液位計的電容值，f為方波的頻率，E=E2-E1為方波的幅值，Cd為平衡電容傳感器初始電容的調(diào)零電容。當(dāng)h=0時調(diào)節(jié)，則輸出電壓與液位h之間呈線性關(guān)系。5-7 6-5 電荷放大器所要解決的核心問題是什么？試推導(dǎo)其輸入與輸出的關(guān)系。（1）核心問題：傳感器的靈敏度

13、與電纜電容無關(guān)，電纜連接時對電荷放大器的影響可忽略不計。（2）電荷放大器作為壓電傳感器的輸入電路，由反饋電容和高增益運算放大器構(gòu)成，由運算放大器基本特性可以求出電荷放大器的輸出電壓為u0=-,當(dāng)（1+A）Cf>>Ca+Cc+Ci時，u0=-。7-4.什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢與哪些因素有關(guān)？答：金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流通過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栯妱觿莸拇笮≌扔诩铍娏髋c磁感應(yīng)強(qiáng)度，且當(dāng)或的方向改變時，霍爾電動勢的方向也隨著改變，但當(dāng)和的方向同時改變時霍爾電動勢極性不變。其靈敏度KH與霍爾系數(shù)RH成正比，而與霍爾片厚度d

14、成反比。7-6 溫度變化對霍爾元件輸出電勢有什么影響？如何補償？答：（1）霍爾元件的靈敏系數(shù)是溫度的函數(shù)，關(guān)系式為：，大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值，因此，它們的霍爾電勢也將隨溫度升高而增加T倍。 （2）補償溫度變化對霍爾電勢的影響，通常采用一種恒流源補償電路?；舅枷胧牵涸跍囟仍黾拥耐瑫r，讓激勵電流相應(yīng)地減小，并能保持乘積不變，也就可以相對抵消溫度對靈敏系數(shù)增加的影響，從而抵消對霍爾電勢的影響。7-913-2光柵傳感器的組成及工作原理是什么？（1）組成：光源、透鏡、標(biāo)尺光柵、指示光柵、光電接收元件（2）工作原理：根據(jù)光柵的莫爾條紋原理進(jìn)行工作。13-3什么是光柵的莫爾條紋?莫爾條紋是怎樣產(chǎn)生

15、的?它具有什么特點？（1）兩塊柵距相等的光柵疊放在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的珊線之間形成一個很小的夾角，兩塊光柵的刻線相交，這樣就可以看到在近于垂直珊線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，這就是莫爾條紋。（2）莫爾條紋是由兩塊和光柵的遮光和透光效應(yīng)形成產(chǎn)生的。（注意，如果題目沒有問題（1），則應(yīng)該回答問題（1），比較詳細(xì)）（3）特點：運動對應(yīng)關(guān)系：莫爾條紋的移動量和移動方向與兩塊光柵相對的位移量和位移方向有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。位移的放大作用：根據(jù)關(guān)系式BH=,當(dāng)光柵移動一個光柵柵距W時，莫爾條紋也移動一個條紋寬度BH，從式中可知，當(dāng)W一定時，兩光柵夾角越小，BH越大，這相當(dāng)把柵距W放大了1/倍。

16、誤差的平均效應(yīng)：莫爾條紋由光柵的大量刻線形成，對條紋的刻線誤差有平均抵消作用，能在很大程度上消除柵距的局部誤差和短周期誤差的影響。13-4 試述光柵傳感器中莫爾條紋的辨向和細(xì)分的原理。(1)辨向原理：光柵傳感器測位移時，需要辨別方向。為辨別主光柵移動方向，需要兩個相差的莫爾條紋信號同時輸入來辨別方向，且兩莫爾條紋信號相差90度相位。實現(xiàn)方法是在相隔B/4條紋間距的位置上安裝兩個光電元件，當(dāng)莫爾條紋條紋移動時兩個縫隙的亮度變化規(guī)律完全一樣，相位相差/2，滯后還是超前完全取決于光柵的移動方向。(2) 細(xì)分原理：就是在莫爾條紋信號變化一個周期內(nèi)，發(fā)出若干個脈沖，以減小脈沖當(dāng)量，如一個周期內(nèi)發(fā)出n個脈

17、沖，即可使測量精度提高到n倍，而每個脈沖相當(dāng)于原來柵距的1/n。由于細(xì)分后計數(shù)脈沖頻率提高到了n倍，因此也稱之為n倍頻。細(xì)分方法有機(jī)械細(xì)分和電子細(xì)分兩類。13-5 碼盤式轉(zhuǎn)角-數(shù)字傳感器的工作原理是什么?其基本組成部分有哪些？（1）、接觸式編碼器由碼盤和電刷組成。工作原理：以一個四位8421碼制的編碼器的碼盤為例。用四個同心圓碼道和四個電刷構(gòu)成；每個碼道分成若干個導(dǎo)電和不導(dǎo)電的區(qū)域，將所有導(dǎo)電區(qū)連接到高電位（“1”）；絕緣區(qū)連到低電平（“0”）。四個電刷沿某一徑向安裝，四位二進(jìn)制碼盤上有四圈碼道，每個碼道有一個電刷，電刷經(jīng)電阻接地。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動到某一角度后，電刷就輸出一個數(shù)碼；碼盤轉(zhuǎn)動一周，電刷

18、就輸出16種不同的四位二進(jìn)制數(shù)碼。后續(xù)電路通過判別輸出數(shù)據(jù)就可以知道轉(zhuǎn)到什么角度了。（2）、光電式碼盤主要由安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的編碼圓盤（碼盤）、窄縫以及安裝在圓盤兩邊的光源和光敏元件等組成。碼盤由光學(xué)玻璃制成，其上刻有許多同心碼道，每位碼道上都有按一定規(guī)律排列的透光和不透光部分，即亮區(qū)和暗區(qū)。工作原理：當(dāng)光源將光投射在碼盤上時，轉(zhuǎn)動碼盤，通過亮區(qū)的光線經(jīng)窄縫后，由光敏元件接收。光敏元件的排列與碼道一一對應(yīng)，對應(yīng)于亮區(qū)和暗區(qū)的光敏元件輸出的信號，前者為“1”，后者為“0”。當(dāng)碼盤旋至不同位臵時，光敏元件輸出信號的組合，反映出按一定規(guī)律編碼的數(shù)字量，代表了碼盤軸的角位移大小。（3）、電磁式編碼器主要由磁鼓與磁阻探頭組成。工作原理：電磁式編碼器的碼盤上按照一定的編碼圖形，做成磁化區(qū)（導(dǎo)磁率高）和非磁化區(qū)（導(dǎo)磁率低），采用小型磁環(huán)或微型馬蹄形磁芯作磁頭，磁環(huán)或磁頭緊靠碼盤，但